A long-term wind resource map was made to provide the key design data for the 2.5 GW Korean West-South Offshore Wind Project, and its reliability was validated. A one-way dynamic downscaling of the MERRA reanalysis meteorological data of the Yeongwang-Gochang offshore was carried out using WindSim, a Computational Fluid Dynamics based wind resource mapping software, to establish a 33-year time series wind resource map of 100 m x 100 m spatial resolution and 1-hour interval temporal resolution from 1979 to 2012. The simulated wind resource map was validated by comparison with wind measurement data from the HeMOSU offshore meteorological tower, the Wangdeungdo Island meteorological tower, and the Gochang transmission tower on the nearby coastline, and the uncertainty due to long-term variability was analyzed. The long-term variability of the wind power was investigated in inter-annual, monthly, and daily units while the short-term variability was examined as the pattern of the coefficient of variation in hourly units. The results showed that the inter-annual variability had a maximum wind index variance of 22.3% while the short-term variability, i.e., the annual standard deviation of the hourly average wind power, was $0.041{\pm}0.001$, indicating steady variability.
In this study, trends of upper jet stream characteristics (intensity, altitude, latitude, and longitude) over the Asia-North Pacific region during the recent 30 (1979~2008) years were analyzed by using four reanalysis datasets (CFSR, ERA-Int., JRA-55, MERRA). We defined the characteristics of upper jet stream as the averages of mass weighted wind speed, mass-flux weighted altitude, latitude and longitude between 400 and 100 hPa. Due to the vertical averaging of jet stream characteristics, our results reveal a weaker spatial variabilities and trends than previous studies. In general, the four reanalysis datasets show similar jet stream properties (intensity, altitude, latitude and longitude) although the magnitude and trends are slightly different among the reanalysis datasets. The altitude of MERRA is slightly higher than that of others for all seasons. The domain averaged intensity shows a weakening trend except for winter and the altitude of jet stream shows an increasing trend for all seasons. Also, the meridional trend of jet core shows a poleward trend for all seasons but it shows a contrasting trend, poleward trend in the continental area but equatorward trend in the Western Pacific region during summer. The zonal trend of jet core is very weak but a relatively strong westward trend in jet core except for spring and winter. The trends of jet stream characteristics found in this study are thermodynamically consistent with the global warming trends observed in the Asia-Pacific region.
Jong Hyuk Lee;Kyung Woong Kang;Seungil Baek;Wonkook Kim
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.3
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pp.355-361
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2023
Temperature of the Earth's surface is a crucial physical variable in understanding weather and atmospheric dynamics and in coping with extreme heat events that have a great impact on living organismsincluding humans. Thermalsensors on satellites have been a useful meansfor acquiring surface temperature information for wide areas on the globe, and thus characterization of its estimation uncertainty is of central importance for the utilization of the data. Among various factors that affect the estimation, the uncertainty caused by the algorithm itself has not been tested for the atmospheric environment of Korean vicinity. Thisstudy derivesthe uncertainty of the single-channel algorithm under the local atmospheric and oceanic conditions by using reanalysis data and buoy temperature data collected around Korea. Atmospheric profiles were retrieved from two types of reanalysis data, the fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis of the global climate and weather (ERA5) and Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications-2 (MERRA-2) to investigate the effect of reanalysis data. MODerate resolution atmospheric TRANsmission (MODTRAN) was used as a radiative transfer code for simulating top of atmosphere radiance and the atmospheric correction for the temperature estimation. Water temperatures used for MODTRAN simulations and uncertainty estimation for the single-channel algorithm were obtained from marine weather buoyslocated in seas around the Korean Peninsula. Experiment results showed that the uncertainty of the algorithm varies by the water vapor contents in the atmosphere and is around 0.35K in the driest atmosphere and 0.46K in overall, regardless of the reanalysis data type. The uncertainty increased roughly in a linear manner as total precipitable water increased.
In this study, we analyzed the three dimensional variations (latitude, longitude, and height of Jet core) and wind speed of upper Jet stream in the East Asian region using recent 35 years (1979~2013) of four reanalysis data (NCEP-R2, MERRA, ERA-Interim. and JRA-55). Most of Jet core is located in $30.0{\sim}37.5^{\circ}N$ and $13.0{\sim}157.5^{\circ}E$ although there are slight differences among the four reanalysis data. The wind speed differences among reanalysis are about $3m\;s^{-1}$ regardless of seasons, the weakest in NCEP-R2 and the strongest in JRA-55. Although significance level is not high, most of reanalysis showed that the Jet core has a tendency of southward moving during spring and winter, but moving northward during summer and fall. This amplified seasonal variation of Jet core suggests that seasonal variations of weather/climate can be increased in the East Asian region. The longitude of Jet core has a tendency of systematically westward moving and decreasing of zonal variations regardless of averaging methods and reanalysis data. In general, the Jet core shows a tendency of moving south-west-ward and upward, getting intensified during spring and winter regardless of the reanalysis data. However, the Jet core shows a tendency of moving westward and downward, and getting weakened during summer. In fall, there were no distinctive trends not only in wind speed but also three dimensional locations compared to other seasons. Although the significance levels are not high and variation patterns are slightly different according to the reanalysis data, our findings are more or less different from the previous results. So, more works are needed to clarify the three dimensional variation patterns of Jet core over the East Asian region as a result of global warming.
Snow is an essential climate factor that affects the climate system and surface energy balance, and it also has a crucial role in water balance by providing solid water stored during the winter for spring runoff and groundwater recharge. In this study, statistical analysis of Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS), Modern.-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, version 2 (MERRA-2), and ERA5-Land snow depth data were used to evaluate the applicability in South Korea. The statistical analysis between the Automated Synoptic Observing System (ASOS) ground observation data provided by the Korea Meteorological Administration (KMA) and the reanalysis data showed that LDAPS and ERA5-Land were highly correlated with a correlation coefficient of more than 0.69, but LDAPS showed a large error with an RMSE of 0.79 m. In the case of MERRA-2, the correlation coefficient was lower at 0.17 because the constant value was estimated continuously for some periods, which did not adequately simulate the increase and decrease trend between data. The statistical analysis of LDAPS and ASOS showed high and low performance in the nearby Gangwon Province, where the average snowfall is relatively high, and in the southern region, where the average snowfall is low, respectively. Finally, the error variance between the four independent snow depth data used in this study was calculated through triple collocation (TC), and a merged snow depth data was produced through weighting factors. The reanalyzed data showed the highest error variance in the order of LDAPS, MERRA-2, and ERA5-Land, and LDAPS was given a lower weighting factor due to its higher error variance. In addition, the spatial distribution of ERA5-Land snow depth data showed less variability, so the TC-merged snow depth data showed a similar spatial distribution to MERRA-2, which has a low spatial resolution. Considering the correlation, error, and uncertainty of the data, the ERA5-Land data is suitable for snow-related analysis in South Korea. In addition, it is expected that LDAPS data, which is highly correlated with other data but tends to be overestimated, can be actively utilized for high-resolution representation of regional and climatic diversity if appropriate corrections are performed.
Park, Jinku;Kim, Dae-Won;Jo, Young-Heon;Kim, Deoksu
Korean Journal of Remote Sensing
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v.34
no.2_1
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pp.213-225
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2018
In order to access the accuracy of the gridded daily Advanced Scatterometer (hereafter DASCAT) ocean surface wind data in the surrounding of Korea, the DASCAT was compared with the wind data from buoys. In addition, the reanalysis data for wind at 10 m provided by European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF, hereafter ECMWF), National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR, hereafter NCEP), Modern Era Retrospective-analysis for Research and Applications-2 (MERRA-2, hereafter MERRA) were compared and analyzed. As a result, the RMSE of DASCAT for the actual wind speed is about 3 m/s. The zonal components of wind of buoys and the DASCAT have strong correlation more than 0.8 and the meridional components of wind them have lower correlation than that of zonal wind and are the lowest in the Yellow Sea (r=0.7). When the actual wind speed is below 10 m/s, the EMCWF has the highest accuracy, followed by DASCAT, MERRA, and NCEP. However, under the wind speed more than 10 m/s, DASCAT shows the highest accuracy. In the nature of error according to the wind direction, when the zonal wind is strong, all dataset has the error of more than $70^{\circ}$ on the average. On the other hand, the RMSE of wind direction was recorded $50^{\circ}$ under the strong meridional winds. ECMWF shows the highest accuracy in these results. The RMSE of the wind speed according to the wind direction varied depending on the actual wind direction. Especially, MERRA has the highest RMSE under the westerly and southerly wind condition, while the NCEP has the highest RMSE under the easterly and northerly wind condition.
A Dokdo wind resource map has been drawn up for the Green Island Energy Master Plan according to Korea's national vision for 'Low Carbon Green Growth'. The micro-siting software WindSim v5.1,which is based on Computational Flow Analysis, is used with MERRA reanalysis data as synoptic climatology input data, and sensitivity analysis on turbulence model is accompanied. A wind resource assessment has been conducted for the Dokdo wind power dissemination plan, which consists of two 10kW wind turbines to be installed at the Dongdo dock and Dokdo guard building. It is evaluated that the capacity factors at Dongdo dock and Dokdo guard building are about 20% and 30% respectively, and annual and hourly variations of wind power generation have been analyzed, but summertime energy production is predicted to be only 40% of wintertime energy production.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.4
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pp.201-212
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2016
A Wind resource assessment and optimal micrositing of wind turbines were implemented for the development of an onshore wind farm of 30 MW capacity on Gadeok Island in Busan, Republic of Korea. The wind data measured by the automatic weather system (AWS) that was installed and operated in the candidate area were used, and a reliability investigation was conducted through a data quality check. The AWS data were measured for one year, and were corrected for the long term of 30 years by using the modern era retrospective analysis for research and application (MERRA) reanalysis data and a measure- correlate-predict (MCP) technique; the corrected data were used for the optimal micrositing of the wind turbines. The micrositing of the 3 MW wind turbines was conducted under 25 conditions, then the best-optimized layout was analyzed with a various wake model. When the optimization was complete, the estimated park efficiency and capacity factor were from 97.6 to 98.7 and from 37.9 to 38.3, respectively. Furthermore, the annual energy production (AEP), including wake losses, was estimated to be from 99,598.4 MWh to 100,732.9 MWh, and the area was confirmed as a highly economical location for development of a wind farm.
The power production using hub height wind speed tends to be overestimated than actual power production. It is because the hub height wind speed cannot represent vertical wind shear and blade tip loss that aerodynamics characteristic on the wind turbine. The commercial CFD model WindSim is used to compare and analyze each power production. A classification of atmospheric stability is accomplished by Monin-Obukhov length. The concentric wind speed constantly represents low value than horizontal equivalent wind speed or hub height wind speed, and also relevant to power production. The difference between hub height wind speed and concentric equivalent wind speed is higher in nighttime than daytime. Under the strongly convective state, power production is lower than under the stable state, especially using the concentric equivalent wind speed. Using the concentric equivalent wind speed considering vertical wind shear and blade tip loss is well estimated to decide suitable area for constructing wind farm.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.20
no.3
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pp.243-251
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2018
The gridded simulation of crop growth, which would be useful for shareholders and policy makers, often requires specialized computation tasks for preparation of weather input data and operation of a given crop model. Here we developed an automated system to allow for crop growth simulation over a region using the DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) model. The system consists of modules implemented using R and shell script languages. One of the modules has a functionality to create weather input files in a plain text format for each cell. Another module written in R script was developed for GIS data processing and parallel computing. The other module that launches the crop model automatically was implemented using the shell script language. As a case study, the automated system was used to determine the maximum soybean yield for a given set of management options in Illinois state in the US. The AgMERRA dataset, which is reanalysis data for agricultural models, was used to prepare weather input files during 1981 - 2005. It took 7.38 hours to create 1,859 weather input files for one year of soybean growth simulation in Illinois using a single CPU core. In contrast, the processing time decreased considerably, e.g., 35 minutes, when 16 CPU cores were used. The automated system created a map of the maturity group and the planting date that resulted in the maximum yield in a raster data format. Our results indicated that the automated system for the DSSAT model would help spatial assessments of crop yield at a regional scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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